Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

53 № 3367

С 232

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Описания лабораторных работ для студентов заочной и дневной форм обучения (специальность 200100 «Микроэлектроника и твердотельная электроника»)

Новосибирск 2007

УДК 539.239(076.5)

         С 232

Составители: А.А. Величко, д-р физ.-мат. наук, проф.,

Р.П. Дикарева, доц. 

Рецензент Б.К. Богомолов, канд. физ.-мат. наук, доц.

Работа подготовлена на кафедре полупроводниковых приборов и микроэлектроники

 Новосибирский государственный технический университет, 2007   

ОглавлеНие

Введение 4

Лабораторная работа № 1. Исследование температурной зависимости электропроводности и вычисление ширины запрещенной зоны полупроводников 6

Лабораторная работа № 2. Определение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках по измерению эффекта Холла 16

Лабораторная работа № 3. определение температурной зависимости уровня Ферми методом термоЭДС и эффективной массы носителей заряда 23

Лабораторная работа № 4. Исследование поперечного магнитосопротивления в полупроводниках 31

Лабораторная работа № 5. Определение диффузионной длины и времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках 36

Лабораторная работа № 6. Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей заряда при рекомбинации через локальные уровни 42

Лабораторная работа № 7. Определение объемной длины диффузии неосновных носителей заряда методом фотогальваномагнитного эффекта 49

Лабораторная работа № 8. Исследование свойств кремниевых солнечных батарей 57

Основные физические постоянные 63

Литература 67

ВВЕДЕНИЕ

Последние десятилетия решающим фактором развития мировой экономики является микроэлектроника, благодаря которой был совершен невиданный прорыв в вычислительной технике, связи, теории информации, автоматизации производства и, без преувеличения, во всех областях человеческой деятельности. Эти достижения были обусловлены развитием физики твердого тела и полупроводников.

Изучение явлений переноса, теплопроводности, диффузии, дрейфа процессов генерации и рекомбинации позволило создать уникальную технологию полупроводникового и микроэлектронного производства, характерной чертой которого является экспоненциальный характер развития этой отрасли.

Важной особенностью физики полупроводников является то, что по сравнению с курсом общей физики, где механические, упругие, акустические, тепловые, электрические, оптические и другие свойства объектов изучаются раздельно, в физике полупроводников все эти взаимодействия скручены в единый узел. Например, создание термомагнитных, пьезоэлектрических или термоэлектрических преобразователей невозможно без одновременного учета множества физических взаимодействий. При проектировании термоэлектрического преобразователя необходимо учитывать зависимость концентрации носителей заряда и подвижности от температуры, влияние процессов теплопроводности и различия коэффициентов термического напряжения на значения измеряемого сигнала.

Участие в этих процессах огромного числа взаимодействующих между собой микрочастиц и квазичастиц приводит к необходимости использования многочисленных, но корректных приближений и моделей. Действительно, при создании твердотельных приборов, например интегральных схем или полупроводниковых лазеров, приходится решать задачи по согласованию зачастую противоречивых требований к высокой теплопроводности и низкой электропроводности материалов, высокой прочности и пластичности одновременно и т.п.

В связи с этим курс физики полупроводников, и в частности лабораторный практикум по ФПП, должен существенно расширить не только кругозор студента, но и научить его комплексно решать технические и физические задачи.

В сборнике содержится описание восьми лабораторных работ по физике полупроводников. Каждая работа предваряется весьма подробным теоретическим введением, в котором приводятся достаточно подробные сведения и которое может играть роль краткого конспекта лекций по данной теме.

После теоретического введения даны описания физических принципов измерения тех или иных параметров полупроводников, принципиальной схемы и конкретной методики измерений, рекомендации по обработке результатов измерений. В конце каждой работы представлены контролирующие материалы (вопросы к защите).

В связи с тем, что в лаборатории постоянно идет процесс модернизации лабораторных стендов, возможно некоторое отличие описания измерительной установки от реально существующей. В этом случае в лаборатории есть дополнительная информация об имеющихся но­вациях.

Лабораторная работа № 1